“我開始研究蚊子是2009年,那時候每年有三到五億人感染瘧疾,100多萬人死亡,45秒不到,就有一個五歲的小孩被奪取生命,我們生活在同一個地球上,肯定會有共情。”在此之前,王四寶的主攻研究方向是昆蟲與微生物的互作關系,當看到這些觸目驚心的數據,他下定決心,要研究這個給人類健康帶來極大威脅的昆蟲——蚊子。
選擇最好的戰場
蚊子,因爲傳播瘧疾、黃熱病、登革熱等蚊媒傳染病,上百年來遭受不少來自人類的仇視。
但你有沒有想過,其實蚊子和我們一樣,都是瘧疾的受害者?蚊子是吸食了瘧疾患者的血液後才感染上瘧原蟲,并在叮咬下一個人時,把瘧原蟲傳播開來。
作爲傳播疾病的媒介,蚊子遭到了圍追堵截。一百多年來,各類殺蟲劑層出不窮。但随着殺蟲劑的大規模使用,蚊子的耐藥性也越來越強。
我們迫切需要研發新的工具來狙擊瘧疾。新的工具,往往來自于創新的想法。
以往的抗瘧思路主要有兩個方向:控制蚊子的數量,以及給瘧疾患者吃藥治療疾病。
王四寶團隊提出了一個創新的思路:能不能通過治愈蚊子,讓蚊子不再攜帶瘧原蟲,從而抑制瘧疾的傳播呢?
沿着這一思路,他們将目光聚焦到了蚊子的腸道。瘧原蟲通過蚊蟲叮咬吸食瘧疾患者的血液時進入蚊子腸道,絕大多數瘧原蟲在按蚊腸腔内被殺滅。因此,按蚊腸道是瘧原蟲在蚊體内發育的最大屏障,是殲滅瘧原蟲的絕佳戰場。
瘧原蟲之所以容易在腸道中被殲滅,或許很大功勞該歸因于腸道微生物。和人類一樣,蚊子的腸道内定植着大量細菌,對于蚊子的健康扮演着重要的角色。
于是,王四寶研究員帶着學生們開始在蚊子的腸道中尋找能夠天然對抗瘧原蟲的細菌。
騰沖的蚊子,有點怪
全球預估有110萬億隻蚊子,每隻蚊子身上又有數千種細菌,在其中尋找一種細菌,無異于在撒哈拉沙漠中尋找一粒沙子。真找起來,要從何入手呢?
王四寶決定,先尋找“不愛生病”的蚊子。如果蚊子沒有瘧原蟲,那麽相應地,當地的瘧疾傳播應該會很少。
爲此,王四寶和學生分析了2000年到2010年這十年的流行病學數據,發現雲南騰沖這個地方,有點怪。
由于距離緬甸很近,騰沖有不少輸入性病例,但本地瘧疾病例很少。
這說明,要麽當地沒有蚊子這個傳播媒介,要麽蚊子的媒介功能失效了。騰沖當然有蚊子,那麽前者很輕易地就被排除了,但騰沖的蚊子卻沒有傳播疾病。
或許,正是因爲騰沖的蚊子攜帶了某種益生菌,抑制了瘧原蟲的生長?
科研就像剝洋蔥
爲了驗證這個猜想,王四寶開始帶着學生抓蚊子,準備分析蚊子身上的細菌。
但抓蚊子也不是随随便便抓幾隻就行,能不能抓到“對”的蚊子,十分考驗科學家的判斷。
首先,不是所有蚊子都傳播瘧疾,攜帶瘧原蟲的主要是按蚊。
其次,抓蚊子的階段也有講究。過去抓蚊子,大家習慣性地抓孑孓,也就是蚊子幼蟲,或者是在野外随便抓幾隻,回到實驗室就分離腸道菌。
王四寶團隊經過長時間對腸道菌群的研究,深刻地意識到:腸道菌群不是一成不變的,在不同的飲食幹擾下,菌群的組成差異很大。
瘧原蟲通過蚊子吸血進入蚊蟲體内。蚊子大部分的時間,都以花蜜爲食,隻有雌蚊子爲了産卵才吸血。那麽,如果想找到一種跟瘧原蟲産生相互作用的細菌,最好抓剛剛吸過血的蚊子。
這樣一來,他們抓蚊子就隻能選擇在人家裏或者牛棚,尋找肚子變大、吸過血的蚊子。
抓到了“對”的蚊子,王四寶團隊就開始在實驗室中,從蚊子身上分離細菌。爲了做對比,他們除了到騰沖抓了的蚊子,又分别在江蘇、遼甯等多地野外抓蚊子。
蚊子身上有幾千種細菌,到底是哪種細菌在起作用呢?
王四寶團隊有一個猜想:既然騰沖的蚊子抗瘧,是不是騰沖特有的細菌在起作用呢?于是他們經過分離、對比,找出了45株騰沖特有菌,測試它們的抗瘧能力。
出乎意料的是——沒有一株當地特有菌具備抗瘧原蟲的能力。
失望是肯定的。但王四寶研究員有獨到的見解,并開導和鼓勵學生:這個實驗哪能叫失敗,我們隻是離真相更近了一步。
王四寶形容科研的過程,就像在剝洋蔥。剝開一層,發現裏面原來還有一層,一層一層剝下去,就會離核心的真相越來越近。
秘密或許隐藏在常見菌裏
既然不在這些騰沖的特有菌裏,于是,團隊又産生了第二種假想:會不會是那些所有蚊子都有的“少數”細菌在起作用呢?
大家都攜帶這種菌,恰恰說明這種細菌起到了某種重要作用,學術上一般把這種共有的細菌稱爲“核心菌”。
按照這個标準,王四寶團隊總共找到了十餘種“核心菌”,通過篩選和實驗,最後鎖定了占據優勢比例的“沙雷氏菌”。經過分析,他們發現沙雷氏菌在全中國所有的按蚊身上都很常見,可以說是最常見的“核心菌”。
不過沙雷氏菌是一個比較大的菌屬,裏面包含了不同的物種和菌株。在大量篩選後,王四寶團隊終于在騰沖的蚊子身上,找到了對抗瘧起關鍵作用的菌株——解脲沙雷氏菌Su_YN1。
或許你會很疑惑,既然所有地方的蚊子都有這個菌,爲什麽隻有騰沖的蚊子攜帶的這個菌抗瘧呢?
其實,這就像人類一樣,大家都是同一個物種,但能力卻有所不同。菌在不同的環境裏面,經過長期的演化,也會獲得一些特殊的能力。因此,同一種類中不同菌株的細菌在功能上可能存在顯著差異。
經過多年的研究,王四寶團隊終于揭開了解脲沙雷氏菌Su_YN1抗瘧的原理。
在蚊子吸血時,這種抗瘧解脲沙雷氏菌會分泌一種脂肪酶,它就像一個小炸彈,能把瘧原蟲炸死。更有趣的發現是,這個細菌同時會分泌一種囊泡,它就像一個小運輸車,把脂肪酶包裹在裏面,搭載着小炸彈去殲滅瘧原蟲。
從實驗室,走向現實世界
有了抗瘧活性的細菌,下一個問題是如何讓它在真實世界中發揮作用呢?
還是從治愈蚊子入手。王四寶團隊計劃把解脲沙雷氏菌Su_YN1制作成活菌制劑,讓瘧疾疫區的蚊子吃下去,在蚊子的腸道中阻擊瘧原蟲。
解脲沙雷氏菌Su_YN1可以通過交配和繁殖傳播。因此,隻要吃過菌劑的蚊子,就會将這種細菌很快地擴散到更大的群體中。吃下菌劑的蚊子,體内就像裝備了一個對抗瘧原蟲的益生菌或生化武器,還能很快地将其傳遞給身邊的蚊子。
目前,王四寶團隊正在進行菌劑研發和小規模試驗,不久的将來,對抗瘧疾或許就會有一個全新的工具。
另辟蹊徑,不斷尋找攻破傳染病的新思路,這才是了不起的創新。